蚕茧收集技术专利综述

周 珊 ， 张永武

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川 成都 610213）

采茧是养蚕生产的最后环节，采茧方法直接影响到养蚕户的经济收益。国外对于蚕茧采摘领域的专利技术的研究开始较早。二十世纪八九十年代，随着我国经济的快速发展以及《中华人民共和国专利法》的实施，我国的蚕桑业迅速发展，成为我国农副产业中的一项重要产业，并逐渐占领国际市场，成为我国在国际市场上具有资源优势和占据主导地位的传统产业之一。传统采茧技术在节约成本、节省劳力、快速高效等各方面逐渐暴露劣势，国内外蚕业领域的学者反复摸索并优化采茧设备。本文对采茧领域的国内外专利技术进行梳理。

1 蚕茧收集技术的基本概况

1.1 人工收集蚕茧

蚕业发展的初始，整个养蚕过程少有专用工具，养殖户普遍直接使用手收集蚕茧[1]，包括直接用手指从蚕蔟的孔格中捅出蚕茧，收拢蚕蔟后用手指从上到下采摘蚕茧，以及用手将蚕蔟拉长再按簇沟方向逐个拿出蚕茧。面临短时间内完成蚕茧采收的问题时，养殖户的劳动强度大、采收效率低。因此，蚕业领域的研究机构、个体户和企业逐步开始研究辅助采茧的设备，经过一系列摸索和实践，获得带有梳齿的梳子和带有扒手的耙子等农具，养殖户可手持梳子或耙子将蚕蔟上的蚕茧刮下，在省力和高效方面有所进步。

1.2 机械自动化收集蚕茧

时代进步，产业迅猛发展，各领域均从手工时代迈向机械自动化时代。蚕业领域的采茧设备进一步发展，由手持农具工作的模式转化为机械自动化驱动农具工作的模式。自动化采茧设备的发展进程，包括机械自动化驱动农具运动以采茧，以及检测出农具采到茧后再启动收茧程序等智能化系统。采茧设备的优化一直是蚕业领域的重点工作，研究机构、个体户和企业一直致力于研发各类采茧设备，并获得气流正压冲出蚕茧、气流负压吸出蚕茧、带有顶凸结构的板面向下压出或向上顶出蚕茧、带有顶凸结构的滚辊转动时将蚕茧挤压出并输送蚕蔟、带有梳齿的梳子顺着蚕蔟梳下蚕茧、带有仅允许空蚕蔟穿过而不允许蚕茧穿过的中空结构将蚕茧阻挡在一侧从而实现摘茧等不同工作原理的采茧设备[2-10]。

2 蚕茧收集技术的发展状况

2.1 技术分支

对蚕茧收集主要涉及的技术进行分解，如表1所示。

表1 蚕茧收集装置的技术分解表

2.2 数据统计和分析

通过对检索数据进行字段提取、机械去噪、人工标引及筛选，得到专利分析数据样本，分析主要技术分支的演进状况，并对申请量的年度分析、地域分布、重点申请人等内容进行重点研究。

2.2.1 专利申请量年度分析

本文在incoPat数据库中进行检索，检索对象为公开日或公告日在2021年12月前的发明和实用新型专利申请，通过对申请日和优先权日字段的分析，得到了蚕茧收集技术的申请量年度分布图，如图1所示。从图1的统计曲线可以看出，蚕业的专利申请最早出现在1907年，该领域的专利申请量在整个20世纪都属于匮乏的状态，然而，在20世纪80年代、21世纪初、21世纪10年代至今这三个时期取得了快速的发展，尤其是在2012年开始飞速发展，至2017年达到顶峰。

图1 申请量年度分布图

2.2.2 专利申请地域分布

专利申请的地域分布能够反映各国在该技术领域的技术实力和技术储备，以及企业的产品市场重心特征。对1900—2021年蚕茧收集技术专利申请的所在国家和地区产权组织分布进行统计，得到如图2所示的数据。从图2的统计结果中可以看出，中国、日本、美国以及韩国是该技术专利的主要申请国。这四个国家的申请量大约占据了专利申请总量的85%，其中中国的申请量具有压倒性优势，占据了专利申请总量的70%以上。值得注意的是，考虑到人口基数和国家政策等外界因素，因此，申请量的占比只能在一定程度上反映某一国家或地区的技术情况，不能单纯从专利申请量的角度对全球技术的发展进行判定，还要综合后续的详细数据进行分析。

图2 专利申请地域分布

2.2.3 重点申请人专利申请量分析

重点申请人主要指在本领域中具有较多专利申请量的企业或个人。对1900—2021年蚕茧收集技术领域的申请人进行统计，申请量名列前20的申请人如图3所示。从图3中可以看出，申请量排名前20的申请人中，我国院校、企业、个人构成了主要的重点申请人。

图3 重点申请人统计

2.2.4 专利技术发展演进

本文通过选取蚕茧收集领域的重要专利以及不同时期蚕茧收集专利申请来梳理该领域的发展脉络，得到蚕茧收集技术演进路线图，如图4所示。由图4可知，早期的专利申请涉及气流正压冲击、气流负压吸附、滚辊挤压、齿梳刮动等技术手段。随着时间的推移，各项蚕茧收集技术开始进步与发展。

图4 蚕茧收集技术专利演进路线图

利用气流的气压来收集蚕茧的专利技术，首次出现于20世纪末，该项专利申请提出了将能够发生气体流动的装置的气流通孔对准蚕蔟上的蚕茧，利用气流产生的正压将蚕茧从簇的孔格中冲出，还可以利用气流产生的负压将蚕茧从蚕蔟上吸附起来，正压气流和负压气流使用相同的通孔，通过切换气流流动情况来改变蚕茧的收集方式。在该技术的原理下，21世纪10年代衍生出同时利用正压气流和负压气流两种技术手段来共同完成摘茧的设备，其在蚕蔟一侧用正压气流冲击蚕茧，蚕蔟的另一侧用负压气流吸附蚕茧，如此实现高效摘茧工作。随着蚕茧收集市场的逐渐扩大，摘茧工作的精细化和高效率的需求增大，21世纪10年代出现了能够利用特定或单一的气压技术来实现摘茧功能的设备，用于摘茧的效应孔数量灵活，包括具备单个或多个吸附头的吸附摘茧设备、具备成排吹气孔的冲击摘茧设备。与一机多功能的设备相比，这样具备特定或单一功能及多个气流效应孔的设备具备结构简单、成本低、效益高的优势。

利用挤压蚕蔟中孔格内的蚕茧的专利技术，起源于20世纪70年代的苏联，利用滚辊两侧的毛刷，随着滚辊转动，毛刷伸入蚕蔟的孔格，将蚕茧压出。随着产业的不断发展，对高效摘茧的需求越来越大，21世纪初出现了与蚕蔟孔格对应的顶凸结构全面覆盖在滚辊上的设备，每一次转动滚辊，都能够成排地压出蚕蔟上的蚕茧。进一步地，在21世纪10年代出现了滚辊上各个顶凸结构间距可根据蚕蔟孔格的间距进行调整的摘茧设备，这样的摘茧设备能够应用于更多结构和规格的蚕蔟；还有指出顶凸结构的凸起高度需要与蚕蔟的孔格高度相适应的摘茧设备，这样的摘茧设备能够有效挤压出蚕茧，达到摘茧效率高的效果；还有利用两个覆有顶凸结构的滚辊依次排列并前后夹持蚕蔟的设备，这两个滚辊后方再设置两个相同结构的滚辊，同样作夹持蚕蔟用，即一个蚕蔟将依次通过两组前后夹击的覆有顶凸结构的滚辊，使得摘茧效率大大提高。此外，关于具有成排凸起结构的摘茧设备，21世纪初还出现了不同于滚辊挤压式的板面挤压式，板面上覆盖有与蚕蔟孔格对应的顶凸结构，工作方式包括板面上的顶凸结构对准蚕蔟的孔格向下挤压和向上顶出蚕茧。顶凸结构的覆盖形式包括单排的条状覆盖和平板全面覆盖，其中，平板全面覆盖有与蚕蔟所有孔格一一对应的顶凸结构的设备，在对准蚕蔟挤压一次时，即可完成一个蚕蔟上所有蚕茧的采摘工作。所有板面挤压式的摘茧设备在21世纪10年代都发展出了根据蚕蔟孔格数量调整定量顶凸结构的数量的技术手段，使得顶凸结构能够针对且有效地挤压蚕茧。2015年之后，工作方式不同的板面挤压式摘茧设备在发展进程中有所不同。利用凸起结构向下挤压蚕蔟上的蚕茧的设备，在节省劳动力的需求下，衍生出能够根据不同蚕蔟的规格调整蚕蔟夹持机构夹持程度的设备，该设备实现了人力自由和应用自由，无需人工固定蚕蔟，适用于各类蚕蔟；在进一步提高工作效率的需求下，板面正反两面均全面覆盖顶凸结构，如此设置使得单个板面工作时，能够同时摘除两个蚕蔟上所有的蚕茧，相较于以往的摘茧技术，大大提高了摘茧的速度和效率。利用凸起结构向上顶出蚕蔟上的蚕茧的设备，在提高蚕茧获得率的需求下，衍生出在凸起结构顶出蚕茧后，用推板推出被顶出的蚕茧进行收集的技术手段，进一步发展智能系统。该智能系统将检测到的有蚕茧被顶出的信息传递给控制器，控制器才启动蚕茧收集程序，当没有蚕茧被顶出时，系统也能够检测到没有蚕茧的信息并将该信息传递给控制器，用于控制设备复位；用凸起结构压出蚕茧的过程中，利用顶凸结构挤压出蚕蔟时，必然会控制该顶凸结构朝向-远离蚕蔟作反复操作。随着机械原理广泛运用于各领域的机械设备中，蚕茧收集领域的专利衍生出利用带轮传动的机械驱动方式来进行挤压蚕茧的摘茧工作。皮带具备一定宽度和长度，在皮带上全面覆盖设置顶凸结构，处于水平位置并与蚕蔟接触的皮带可看作全覆盖有顶凸结构的平板，当皮带随着传动轮转动时进行传动时，移动的顶凸结构向上顶出蚕茧，皮带传动还能给蚕蔟提高移动的动力，使得该设备能够在皮带的传动轮的作用力下，同时实现顶出蚕茧、移出已被顶出蚕茧的蚕蔟并送入未处理的蚕蔟，该设备因运用带轮传动而自然具备稳定性高、寿命长的优势，因利用皮带运动来同时实现采茧和移动蚕蔟而具备进一步解放劳动力和实现高效摘茧的优势。

利用刮动部件直接刮下蚕蔟上的蚕茧的专利技术，起源于20世纪70年代的美国，涉及一把带有梳齿的梳子，传动轮带动蚕茧单元移动，排列的梳齿阻挡蚕茧单元上蚕茧的移动，以此将蚕茧从蚕茧单元上摘下。为了获得一种能够用于硬质等各类不能被卷轴卷起的蚕蔟的刮茧部件，21世纪诞生了手持带扒手的耙子定向刮动蚕蔟上的蚕茧，以及自动驱动多列排布的多把梳子同时刮动多个蚕蔟上的蚕茧，采茧作业逐步趋向定向采摘和一机同时采多簇的高效发展模式。2015年之后，出现了根据蚕蔟的规格设置仅允许穿过空蚕蔟而蚕茧不可穿过的中空结构的采茧设备，其利用中空结构的空隙与蚕蔟厚薄、蚕茧大小的对应关系，将蚕蔟置于中空结构的一侧，并拉动蚕蔟通过中空结构到其的另一侧，该过程中，蚕茧因无法通过中空结构而只能留在起始位置，此时，中空结构可以看作是刮动机构。还有专利技术设置了将穿过中空结构的蚕蔟卷积在滚轴上的结构，滚轴转动可以给蚕蔟提供拉力，也可以收集蚕蔟以提高便利性。蚕蔟和中空结构的形状需要相对应设置，目前的专利技术包括波浪形和直线形。

3 结语

本文通过在全球专利数据库和非专利数据库中检索获得蚕茧收集技术的样本，从申请量年度变化、地域分布、重点申请人、重点技术分支以及发展演进等方面对蚕茧收集的专利申请情况进行了分析，选取了该领域发展过程中具有代表性的典型技术方案进行了详细介绍，有助于审查员充分了解该领域的技术发展脉络和技术发展水平，继而趋近于本领域技术人员，一定程度上帮助审查员在今后的审查工作中把握案情实质，提高审查效率和质量。